岳永志

【摘要】通過對新版綠色建筑評價標準中結構設計的內(nèi)容分析，闡述結構優(yōu)化設計在綠色建筑中的作用（節(jié)省建設資金，節(jié)約資源，保護環(huán)境）；綠色建筑中結構優(yōu)化設計方法，包括對地基基礎、結構體系、結構構件的優(yōu)化設計。

【關鍵詞】綠色建筑；結構優(yōu)化設計

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對居住環(huán)境要求的提高，對自身身體健康也越來越重視，基于此使得綠色建筑成為未來建筑領域的發(fā)展趨勢。綠色建筑是在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材）、保護環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。那么如何實現(xiàn)綠色建筑呢？通常人們認為在綠色建筑的策劃、設計和實施中，結構設計相比建筑、暖通、給排水、電氣等其他專業(yè)，發(fā)揮的作用較小。而國家標準新版《綠色建筑評價標準》（GB/T50378-2014）對舊版標準（2006版）在結構設計方面進行了必要的提升與補充。修訂的重點包括突出結構設計的重要性，而結構設計的關鍵就在于結構優(yōu)化設計。以下從兩個方面來論述綠色建筑的結構優(yōu)化設計。

1、結構優(yōu)化設計在綠色建筑中的作用

從綠色建筑造價方面分析。眾所周知，綠色建筑與一般建筑相比建設成本略高，根據(jù)研究統(tǒng)計一星、二星級綠色建筑每平方米要增加50至100元左右，三星級綠色建筑要增加200元左右。從工程造價方面分析，建筑施工階段大約決定了建安造價的20%，建筑設計階段大約決定了建安造價的80%。而建筑設計階段的結構設計就決定了整個建安造價的40%到60%以上，對于住宅來說大概是60%以上，對于公建大概是50%以上。同時，和發(fā)達國家相比，我國的建筑平均用鋼量大大高于他們。與社會平均水平相比，經(jīng)過結構優(yōu)化的住宅和公建的鋼筋混凝土工程項目，一般每平方米工程造價可以節(jié)省60到170元，鋼結構或城市綜合體潛力更大。由此可見，在節(jié)省建設資金方面，綠色建筑的關鍵環(huán)節(jié)是綠色建筑設計，綠色建筑設計的關鍵環(huán)節(jié)是結構優(yōu)化設計。所以，結構優(yōu)化設計是實現(xiàn)綠色建筑的重要途徑。

從節(jié)約資源，保護環(huán)境、減少污染方面分析。目前，鋼筋混凝土結構依然是我國建筑工程中的主導結構。我國的絕大部分建筑采用的是現(xiàn)澆的鋼筋混凝土結構，大量的使用水泥、砂石、鋼筋，其中水泥消耗了大量的能源，造成了大量的污染，國內(nèi)砂石和鐵礦石的資源在日益枯竭。最后建筑壽命終了拆除時，其廢棄的渣塊屑又難以回收再利用，將有巨大的垃圾需要處理，造成環(huán)境的大負荷。因此迫切的需要減少材料的用量，降低資源消耗，減少鋼材、水泥的消耗，減少生產(chǎn)過程中的碳和其他污染物的排放，減小對環(huán)境的影響。而結構優(yōu)化設計在降低建筑鋼筋、混凝土消耗具有關鍵作用。

2、綠色建筑中結構優(yōu)化設計方法

在國家標準新版《綠色建筑評價標準》（GB/T50378-2014）中，結構設計優(yōu)化被提升為綠色建筑節(jié)材部分的最重要的內(nèi)容。結構優(yōu)化設計包括：對地基基礎、結構體系、結構構件三個方面進行優(yōu)化達到節(jié)材效果。

地基基礎優(yōu)化方面。地基基礎是建筑結構主要的組成部分，關系到整個建筑結構安全性與經(jīng)濟性，多高層建筑下的基礎厚重、混凝土和鋼筋用量都很大，優(yōu)化空間也很大，通過優(yōu)化設計在建筑基礎設計的安全性和經(jīng)濟性之間尋求一個合理的平衡點是結構基礎優(yōu)化的目的。首先從基礎造型和布置開始，通過結構計算來驗證基礎方案的準確性和可行性，再根據(jù)規(guī)范和實際工程經(jīng)驗對建筑材料的選用進行合理的分析，使其得到充分的利用。基礎工程的造價在整個建筑工程造價中所占的比例較高，尤其在地質(zhì)條件比較復雜的情況下。因此在建筑基礎優(yōu)化中遵循合理造型、計算準確、材盡其用、符合規(guī)范的原則，對建筑基礎設計進行合理、細致的優(yōu)化，能夠起到降低工程造價、節(jié)約資源的作用。

結構體系優(yōu)化方面。目前，我國的建筑結構體系，從承重構件材料的類型來劃分，主要分為木結構、砌體結構、鋼結構、鋼筋混凝土結構等四個主要結構體系。木結構是以上四種結構體系中最理想的綠色建筑體系。但由于我國的國情特點和木結構自身特點，在我國建筑領域占比重極小。砌體結構優(yōu)化相對而言設計計算性不強，主要是概念設計優(yōu)化和構造設計優(yōu)化。可遵循以下原則：優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫共同承重；縱橫墻的布置應均勻?qū)ΨQ；縱橫墻豎向應上、下連續(xù)，不宜采用上剛下柔的結構；鋼結構以鋼材制作為主的結構，屬于綠色建筑結構體系，未來發(fā)展前景廣闊。鋼結構優(yōu)化可遵循以下原則：選擇結構平面布置合理的鋼結構方案，方案結構的傳力途徑與受力盡可能簡單、明確；加強設計連接節(jié)點優(yōu)化；完善整體布置和構件設計。

鋼筋混凝土結構是現(xiàn)今我國建筑工程中的主導結構。結構設計方案的優(yōu)化的方法可分為截面優(yōu)化、形狀優(yōu)化、拓撲優(yōu)化、布局優(yōu)化以及滿應力優(yōu)化等。結構設計優(yōu)化可遵循以下原則：精確計算荷載值，準確理解規(guī)范；結構與建筑專業(yè)協(xié)調(diào)；合理的選用鋼筋和混凝土標號；對結構體系的優(yōu)化重點查看結構布置是否沿建筑高度采取了變截面或變壁厚或變材料強度等措施?？傊?，在優(yōu)化設計的過程中，要以建筑結構的安全性、適用性和耐久性為基礎，合理地確定結構的可靠度水平，采取最經(jīng)濟的手段，使結構具有各種預期的功能。

結構構件優(yōu)化方面。結構構件設計比較具體，可定量分析，把握單體構件的設計也是實現(xiàn)總體優(yōu)化設計的基礎環(huán)節(jié)。鋼筋的強度、混凝土的性能、構件的高度和寬度、箍筋的間距等方面的設計都影響結構構件的性能。不具備實用功能裝飾性構件在建筑中大量應用，在施工中較少采用工業(yè)化生產(chǎn)的預制構件，都影響工程的造價。建筑功能、柱網(wǎng)跨度、荷載大小等因素對整體結構的優(yōu)化具有影響。最后，需要重點查看結構優(yōu)化文件中構件的應力比或柱軸壓比、層間位移角等是否合理。

總之，結構優(yōu)化設計是實現(xiàn)綠色建筑的重要方法，可以為綠色建筑節(jié)省資金，為社會節(jié)約資源、保護環(huán)境、減少污染，具有經(jīng)濟效益和社會效益價值。隨著現(xiàn)代科技水平的發(fā)展進步，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）等新的技術手段已運用到結構優(yōu)化設計中來，使得結構優(yōu)化設計技術手段更加豐富，在遵循“經(jīng)濟、適用、合理”的設計原則下，結構優(yōu)化設計將為綠色建筑發(fā)揮更大的作用。

參考文獻

[1]中華人民共和國住建部.綠色建筑評價標準（GB/T50378-2014）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[2]韓繼紅，廖琳.綠色建筑評價標準-節(jié)材與材料資源利用建設科技，2015（04）：26-29.